JP2017196800A - Ink-jet head and ink-jet recording device - Google Patents

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竜太郎 楠
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Shuhei Yokoyama
周平 横山
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メンフェイ ウォン
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ink-jet head suppressing cracks due to repetition stress of driving elements, and improving reliability of each of the driving elements: and to provide an ink-jet recording device.SOLUTION: An ink-jet head includes a substrate, a diaphragm and a driving element. The driving element includes a first electrode located on a second surface of the diaphragm, a second electrode facing the first electrode and a piezoelectric crystal disposed between the first electrode and the second electrode. The ink-jet head further includes an inter-wiring insulation film covering the second surface of the diaphragm and the driving element, and a lead-out electrode located on the inter-wiring insulation film. The inter-wiring insulation film includes a contact part exposing a part of the second electrode and connecting the second electrode and the lead-out electrode. The contact part is disposed at a position corresponding to a solid portion of a peripheral wall of a pressure chamber, on the substrate.SELECTED DRAWING: Figure 3B

Description

本発明の実施形態は、インクジェットヘッドおよびインクジェット記録装置に関する。   Embodiments described herein relate generally to an inkjet head and an inkjet recording apparatus.

いわゆるオンデマンド型インクジェット記録方式は、画像信号に従ってノズルからインク滴を吐出し、記録紙上にインク滴による画像を形成するものである。オンデマンド型インクジェット記録方式は、発熱素子型と圧電素子型とを含む。   The so-called on-demand ink jet recording method is a method in which ink droplets are ejected from nozzles in accordance with image signals to form an image with ink droplets on recording paper. The on-demand ink jet recording system includes a heating element type and a piezoelectric element type.

発熱素子型では、インクの流路にある発熱体が、インク中に気泡を発生させる。気泡によって押されたインク滴が、ノズルから吐出される。一方、圧電素子型では、圧電素子(ピエゾ素子)が変形することで、インク室に収容されたインクに圧力変化を生じさせる。これにより、加圧されたインク滴が、ノズルから吐出される。   In the heating element type, a heating element in the ink flow path generates bubbles in the ink. Ink droplets pushed by the bubbles are ejected from the nozzles. On the other hand, in the piezoelectric element type, the piezoelectric element (piezo element) is deformed to cause a pressure change in the ink stored in the ink chamber. Thereby, the pressurized ink droplet is ejected from the nozzle.

圧電素子型の一例としてのインクジェットヘッドは、インクを加圧する駆動素子(圧電素子、アクチュエータ)を有する。当該駆動素子は、例えば、圧電膜と、前記圧電膜の両面に形成された金属電極膜と、を有する。   An inkjet head as an example of a piezoelectric element type has a drive element (piezoelectric element, actuator) that pressurizes ink. The drive element includes, for example, a piezoelectric film and metal electrode films formed on both surfaces of the piezoelectric film.

上記インクジェットヘッドは、インクを収容する圧力室を有する。圧力室の一方の端部に、上記駆動素子が取り付けられた振動板がある。圧力室の他方の端部に、ノズルを有するノズルプレートがある。   The ink jet head has a pressure chamber for containing ink. There is a diaphragm to which the drive element is attached at one end of the pressure chamber. There is a nozzle plate with nozzles at the other end of the pressure chamber.

二つの前記電極膜に駆動波形(電圧)が印加されると、当該電極膜を介して分極の方向と同方向の電界が圧電膜に印加される。これにより、駆動素子は電界方向と直交する方向に伸縮する。この伸縮を利用して振動板が変形する。振動板が変形することで圧力室内のインクに圧力変化が発生し、ノズルからインク滴が吐出される。   When a driving waveform (voltage) is applied to the two electrode films, an electric field in the same direction as the polarization direction is applied to the piezoelectric film through the electrode films. Thereby, the drive element expands and contracts in a direction orthogonal to the electric field direction. The diaphragm is deformed using this expansion and contraction. When the diaphragm is deformed, a pressure change occurs in the ink in the pressure chamber, and an ink droplet is ejected from the nozzle.

特開2011−56939号公報JP 2011-56939 A 特許第5724263号公報Japanese Patent No. 5724263

従来構成のインクジェットヘッドの構造では、駆動素子に電圧を印加するための外部素子との接続端子が接触する部分は、駆動素子を挟んで圧力室と対向して配置されていた。このような構成では、駆動素子を長期間駆動させることによって接続端子との接触部には、繰返し応力が加えられる。そのため、駆動素子を長期間駆動させるにつれて、駆動部を形成する膜にクラックが生じる可能性がある。そして、このクラック部に電流が集中することで絶縁破壊を起こし、接続端子との接触部が接続不良となる可能性がある。したがって、外部素子との接続端子が接触する部分が、駆動素子を挟んで圧力室と対向した配置では、応力に対して弱い構造となり、接続端子との接触部において各駆動素子の信頼性低下を引き起こしていた。   In the structure of an ink jet head having a conventional configuration, a portion where a connection terminal with an external element for applying a voltage to the driving element comes in contact with the pressure chamber across the driving element. In such a configuration, a repeated stress is applied to the contact portion with the connection terminal by driving the drive element for a long period of time. Therefore, as the drive element is driven for a long period of time, there is a possibility that a crack is formed in the film forming the drive unit. Then, the current concentrates on the crack portion, which causes dielectric breakdown, and there is a possibility that the contact portion with the connection terminal becomes defective in connection. Therefore, when the portion where the connection terminal with the external element contacts is opposed to the pressure chamber across the drive element, the structure is weak against stress, and the reliability of each drive element is reduced at the contact portion with the connection terminal. It was causing.

本実施形態は、駆動素子の繰返し応力によるクラックを抑制でき、各駆動素子の信頼性を向上することができるインクジェットヘッドおよびインクジェット記録装置を提供することにある。   The present embodiment is to provide an ink jet head and an ink jet recording apparatus that can suppress cracks due to repetitive stress of a drive element and can improve the reliability of each drive element.

一つの実施の形態に係るインクジェットヘッドは、基材と、振動板と、駆動素子とを具備する。基材は、インクを収容する圧力室を有する。振動板は、前記圧力室を塞ぐ第1の面と、前記第1の面の反対側にある第2の面と、を有する。駆動素子は、前記振動板の前記第2の面にあって、電圧が印加されたときに前記振動板を変形させることで前記圧力室の容積を変化させ、インクをノズルから吐出させる。さらに、前記駆動素子は、前記振動板の前記第2の面にある第1の電極と、前記第1の電極に対向する第2の電極と、前記第1の電極と前記第2の電極との間に介在する圧電体と、を有する。また、前記振動板の前記第2の面と、前記駆動素子と、を覆う配線間絶縁膜と、前記配線間絶縁膜の上にある引出電極とをさらに具備する。前記配線間絶縁膜は、前記第2の電極の一部を露出させ、前記第2の電極と前記引出電極とを接続させるコンタクト部を有する。前記コンタクト部は、前記基材における前記圧力室の周壁の中実部と対応する位置に配置した。   An inkjet head according to one embodiment includes a base material, a diaphragm, and a drive element. The substrate has a pressure chamber for containing ink. The vibration plate has a first surface that closes the pressure chamber, and a second surface that is on the opposite side of the first surface. The driving element is on the second surface of the diaphragm, and deforms the diaphragm when a voltage is applied, thereby changing the volume of the pressure chamber and ejecting ink from the nozzle. Furthermore, the drive element includes a first electrode on the second surface of the diaphragm, a second electrode facing the first electrode, the first electrode, and the second electrode. And a piezoelectric body interposed therebetween. The wiring board further includes an inter-wiring insulating film that covers the second surface of the diaphragm and the driving element, and an extraction electrode on the inter-wiring insulating film. The inter-wiring insulating film has a contact portion that exposes a part of the second electrode and connects the second electrode and the extraction electrode. The contact portion was disposed at a position corresponding to a solid portion of the peripheral wall of the pressure chamber in the base material.

図1は、第1の実施形態に係るインクジェットプリンタを示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating the ink jet printer according to the first embodiment. 図2は、第1の実施形態のインクジェットヘッドの要部構成を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing the main configuration of the ink jet head according to the first embodiment. 図3Aは、図2のIIIA−IIIA線断面図である。3A is a cross-sectional view taken along line IIIA-IIIA in FIG. 図3Bは、図2のIIIB−IIIB線断面図である。3B is a cross-sectional view taken along line IIIB-IIIB in FIG. 図4は、第1の実施形態のインクジェットヘッドの製造工程を示し、(A)は、シリコンウエハの表面の全域に振動板および基板上絶縁膜の酸化膜を成膜した状態を示す断面図、(B)は、振動板および基板上絶縁膜に下部電極と圧電膜と上部電極とを順次積層させた状態を示す断面図、(C)は、下部電極と圧電膜と上部電極をパターニングした状態を示す断面図である。4A and 4B show a manufacturing process of the ink jet head of the first embodiment, and FIG. 4A is a cross-sectional view showing a state in which a diaphragm and an oxide film of an insulating film on a substrate are formed over the entire surface of a silicon wafer. (B) is a sectional view showing a state in which a lower electrode, a piezoelectric film, and an upper electrode are sequentially laminated on the diaphragm and the insulating film on the substrate, and (C) is a state in which the lower electrode, the piezoelectric film, and the upper electrode are patterned. FIG. 図5(A)は、振動板、基板上絶縁膜、駆動素子の上に配線間絶縁膜を成膜した状態を示す断面図、(B)は、配線間絶縁膜をパターニングした状態を示す断面図、(C)は、引出電極を成膜した状態を示す断面図である。5A is a cross-sectional view showing a state in which an inter-wiring insulating film is formed on the vibration plate, the insulating film on the substrate, and the driving element, and FIG. 5B is a cross-sectional view showing a state in which the inter-wiring insulating film is patterned. FIG. 3C is a cross-sectional view showing a state in which the extraction electrode is formed. 図6(A)は、振動板、基板上絶縁膜、配線間絶縁膜、引出電極の上に、保護膜を形成した状態を示す断面図、(B)は、保護膜をパターニングすることによってノズルを形成した状態を示す断面図、(C)は、保護膜上に撥インク膜を形成した状態を示す断面図である。FIG. 6A is a cross-sectional view showing a state in which a protective film is formed on the diaphragm, the insulating film on the substrate, the inter-wiring insulating film, and the extraction electrode, and FIG. 6B shows a nozzle formed by patterning the protective film. FIG. 6C is a cross-sectional view showing a state in which an ink-repellent film is formed on the protective film. 図7は、第1の実施形態のインクジェットヘッドの一部を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a part of the ink jet head of the first embodiment. 図8は、第2の実施形態のインクジェットヘッドの一部を示す縦断面図である。FIG. 8 is a longitudinal sectional view showing a part of the inkjet head according to the second embodiment.

以下に、第1の実施の形態について、図1から図7を参照して説明する。なお、複数の表現が可能な各要素に、一つ以上の他の表現の例を付すことがある。しかし、これは、他の表現が付されていない要素について異なる表現がされることを否定するものではないし、例示されていない他の表現がされることを制限するものでもない。また、各図面は実施形態を概略的に示すものであり、図面に示される各要素の寸法は、実施形態の説明と異なることがある。   The first embodiment will be described below with reference to FIGS. 1 to 7. Note that one or more examples of other expressions may be attached to each element capable of a plurality of expressions. However, this does not deny that a different expression is given for an element to which no other expression is attached, and does not restrict other expressions not illustrated. Each drawing schematically shows an embodiment, and the size of each element shown in the drawing may differ from the explanation of the embodiment.

図1は、第1の実施の形態に係るインクジェットプリンタ1を示す断面図である。インクジェットプリンタ1は、インクジェット記録装置の一例である。なお、インクジェット記録装置はこれに限らず、複写機のような他の装置であっても良い。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing an ink jet printer 1 according to the first embodiment. The ink jet printer 1 is an example of an ink jet recording apparatus. The ink jet recording apparatus is not limited to this, and may be another apparatus such as a copying machine.

図1に示すように、インクジェットプリンタ1は、例えば、記録媒体である記録紙Pを搬送しながら画像形成等の各種処理を行う。インクジェットプリンタ1は、筐体10と、給紙カセット11と、排紙トレイ12と、保持ローラ(ドラム)13と、搬送装置14と、保持装置15と、画像形成装置16と、除電剥離装置17と、反転装置18と、クリーニング装置19とを備える。   As shown in FIG. 1, the inkjet printer 1 performs various processes such as image formation while conveying a recording paper P that is a recording medium, for example. The ink jet printer 1 includes a housing 10, a paper feed cassette 11, a paper discharge tray 12, a holding roller (drum) 13, a conveying device 14, a holding device 15, an image forming device 16, and a static elimination device 17. And a reversing device 18 and a cleaning device 19.

給紙カセット11は、複数の記録紙Pを収容して、筐体10内に配置される。排紙トレイ12は、筐体10の上部にある。インクジェットプリンタ1によって画像形成がされた記録紙Pは、排紙トレイ12に排出される。   The paper feed cassette 11 accommodates a plurality of recording papers P and is disposed in the housing 10. The paper discharge tray 12 is at the top of the housing 10. The recording paper P on which an image is formed by the ink jet printer 1 is discharged to the paper discharge tray 12.

搬送装置14は、記録紙Pが搬送される経路に沿って配置された複数のガイドおよび複数の搬送ローラを有する。当該搬送ローラは、モータによって駆動されて回転することで、記録紙Pを給紙カセット11から排紙トレイ12まで搬送する。   The transport device 14 has a plurality of guides and a plurality of transport rollers arranged along a path along which the recording paper P is transported. The conveyance roller is driven and rotated by a motor to convey the recording paper P from the paper feed cassette 11 to the paper discharge tray 12.

保持ローラ13は、導体によって形成された円筒状のフレームと、当該フレームの表面に形成された薄い絶縁層とを有する。前記フレームは接地(グランド接続)される。保持ローラ13は、その表面上に記録紙Pを保持した状態で回転することにより、記録紙Pを搬送する。   The holding roller 13 has a cylindrical frame formed of a conductor and a thin insulating layer formed on the surface of the frame. The frame is grounded (ground connection). The holding roller 13 conveys the recording paper P by rotating while holding the recording paper P on the surface thereof.

保持装置15は、搬送装置14によって給紙カセット11から搬出された記録紙Pを、保持ローラ13の表面(外周面)に吸着させて保持させる。保持装置15は、記録紙Pを保持ローラ13に対して押圧した後、帯電による静電気力で記録紙Pを保持ローラ13に吸着させる。   The holding device 15 holds the recording paper P carried out of the paper feed cassette 11 by the transport device 14 by adsorbing it on the surface (outer peripheral surface) of the holding roller 13. The holding device 15 presses the recording paper P against the holding roller 13 and then attracts the recording paper P to the holding roller 13 by electrostatic force due to charging.

画像形成装置16は、保持装置15によって保持ローラ13の外面に保持された記録紙Pに、画像を形成する。画像形成装置16は、保持ローラ13の表面に面する複数のインクジェットヘッド21を有する。複数のインクジェットヘッド21は、例えば、シアン、マゼンダ、イエロー、ブラックの四色のインクを、それぞれ記録紙Pに吐出することで、画像を形成する。   The image forming apparatus 16 forms an image on the recording paper P held on the outer surface of the holding roller 13 by the holding device 15. The image forming apparatus 16 includes a plurality of inkjet heads 21 that face the surface of the holding roller 13. The plurality of inkjet heads 21 form images by ejecting, for example, four colors of ink of cyan, magenta, yellow, and black onto the recording paper P, respectively.

除電剥離装置17は、画像が形成された記録紙Pを、除電することで、保持ローラ13から剥離する。除電剥離装置17は、電荷を供給して記録紙Pを除電し、記録紙Pと保持ローラ13との間に爪を挿入する。これにより、記録紙Pは保持ローラ13から剥離される。保持ローラ13から剥離された記録紙Pは、搬送装置14によって、排紙トレイ12または反転装置18に搬送される。   The neutralization peeling device 17 peels the recording paper P on which the image is formed from the holding roller 13 by neutralizing the recording paper P. The neutralization peeling device 17 supplies electric charges to neutralize the recording paper P, and inserts a claw between the recording paper P and the holding roller 13. As a result, the recording paper P is peeled off from the holding roller 13. The recording paper P peeled off from the holding roller 13 is transported by the transport device 14 to the paper discharge tray 12 or the reversing device 18.

クリーニング装置19は、保持ローラ13を洗浄する。クリーニング装置19は、保持ローラ13の回転方向において除電剥離装置17よりも下流にある。クリーニング装置19は、回転する保持ローラ13の表面にクリーニング部材19aを当接させ、回転する保持ローラ13の表面を洗浄する。   The cleaning device 19 cleans the holding roller 13. The cleaning device 19 is downstream of the static elimination device 17 in the rotation direction of the holding roller 13. The cleaning device 19 brings the cleaning member 19 a into contact with the surface of the rotating holding roller 13 and cleans the surface of the rotating holding roller 13.

反転装置18は、保持ローラ13から剥離された記録紙Pの表裏面を反転させ、当該記録紙Pを再び保持ローラ13の表面上に供給する。反転装置18は、例えば記録紙Pを前後方向逆にスイッチバックさせる所定の反転経路に沿って記録紙Pを搬送することにより、記録紙Pを反転させる。   The reversing device 18 reverses the front and back surfaces of the recording paper P peeled from the holding roller 13 and supplies the recording paper P onto the front surface of the holding roller 13 again. The reversing device 18 reverses the recording paper P by, for example, conveying the recording paper P along a predetermined reversing path for switching back the recording paper P in the front-rear direction.

図2は、インクジェットヘッド21の要部構成を示す平面図である。図3Aは、図2のIIIA−IIIA線に沿って切断したインクジェットヘッド21の一部を示す断面図、図3Bは、図2のIIIB−IIIB線に沿って切断したインクジェットヘッド21の一部を示す断面図である。なお、図2は、説明のために、本来は隠れる種々の要素を実線で示す。   FIG. 2 is a plan view showing the main configuration of the inkjet head 21. 3A is a cross-sectional view showing a part of the inkjet head 21 cut along the line IIIA-IIIA in FIG. 2, and FIG. 3B shows a part of the inkjet head 21 cut along the line IIIB-IIIB in FIG. It is sectional drawing shown. For the sake of explanation, FIG. 2 shows various elements that are originally hidden by solid lines.

インクジェットプリンタ1は、複数のインクジェットヘッド21に接続される複数のインクタンク(図示せず)および複数の制御部(図示せず)を備える。インクジェットヘッド21は、対応する色のインクを収容するインクタンクに接続される。   The ink jet printer 1 includes a plurality of ink tanks (not shown) connected to a plurality of ink jet heads 21 and a plurality of control units (not shown). The inkjet head 21 is connected to an ink tank that stores ink of a corresponding color.

インクジェットヘッド21は、保持ローラ13に保持された記録紙Pに、インク滴を吐出することで文字や画像を形成する。インクジェットヘッド21は、ノズルプレート100と、圧力室構造体120と、インク流路構造体400とを備える。圧力室構造体120は、基材の一例である。   The inkjet head 21 forms characters and images by ejecting ink droplets onto the recording paper P held by the holding roller 13. The inkjet head 21 includes a nozzle plate 100, a pressure chamber structure 120, and an ink flow path structure 400. The pressure chamber structure 120 is an example of a base material.

ノズルプレート100は、矩形の板状に形成される。ノズルプレート100は、圧力室構造体120の上に、一体構造として形成される。ノズルプレート100は、複数のノズル(オリフィス、インク吐出孔)109と、複数の駆動素子(圧電素子、アクチュエータ)113と、を有する。駆動素子113は、下部電極(第1の電極)103と、圧電膜(圧電体)104と、上部電極(第2の電極)105とから構成される。   The nozzle plate 100 is formed in a rectangular plate shape. The nozzle plate 100 is formed as an integral structure on the pressure chamber structure 120. The nozzle plate 100 includes a plurality of nozzles (orifices and ink ejection holes) 109 and a plurality of driving elements (piezoelectric elements and actuators) 113. The drive element 113 includes a lower electrode (first electrode) 103, a piezoelectric film (piezoelectric body) 104, and an upper electrode (second electrode) 105.

複数のノズル109は、円形の孔である。ノズル109の直径は、例えば20μmである。ノズル109は、ノズルプレート100に複数列に並んで配置され、複数の駆動素子113が高密度に配置される。   The plurality of nozzles 109 are circular holes. The diameter of the nozzle 109 is, for example, 20 μm. The nozzles 109 are arranged in a plurality of rows on the nozzle plate 100, and a plurality of drive elements 113 are arranged at high density.

圧力室構造体120は、シリコンウエハによって、矩形の板状に形成される。なお、圧力室構造体120はこれに限らず、例えば、炭化シリコン(SiC)やゲルマニウム基板のような他の半導体であっても良い。また、基材はこれに限らず、セラミックス、ガラス、石英、樹脂、または金属のような他の材料によって形成されても良い。利用されるセラミックスは、例えば、アルミナセラミックス、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化ケイ素、またはチタン酸バリウムのような窒化物、炭化物、または酸化物である。利用される樹脂は、例えば、ABS(アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン)、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、またはポリエーテルサルフォンのようなプラスチック材である。利用される金属は、例えばアルミまたはチタンである。圧力室構造体120の厚さは、例えば725μmである。圧力室構造体120の厚さは、例えば、100〜775μmの範囲にある。   The pressure chamber structure 120 is formed in a rectangular plate shape using a silicon wafer. The pressure chamber structure 120 is not limited to this, and may be another semiconductor such as silicon carbide (SiC) or a germanium substrate. The substrate is not limited to this, and may be formed of other materials such as ceramics, glass, quartz, resin, or metal. The ceramics used are, for example, alumina ceramics, zirconia, silicon carbide, silicon nitride or nitrides, carbides or oxides such as barium titanate. The resin used is, for example, a plastic material such as ABS (acrylonitrile butadiene styrene), polyacetal, polyamide, polycarbonate, or polyethersulfone. The metal used is, for example, aluminum or titanium. The thickness of the pressure chamber structure 120 is, for example, 725 μm. The thickness of the pressure chamber structure 120 is, for example, in the range of 100 to 775 μm.

圧力室構造体120は、複数の圧力室(インク室)121を有する。図2に示すように圧力室121は円形の孔である。圧力室121の直径は、例えば、190μmである。なお、圧力室121の形状はこれに限らない。圧力室121は、圧力室構造体120をその厚さ方向に貫通する。   The pressure chamber structure 120 has a plurality of pressure chambers (ink chambers) 121. As shown in FIG. 2, the pressure chamber 121 is a circular hole. The diameter of the pressure chamber 121 is 190 μm, for example. The shape of the pressure chamber 121 is not limited to this. The pressure chamber 121 penetrates the pressure chamber structure 120 in the thickness direction.

複数の圧力室121は、複数のノズル109に対応して配置される。このため、圧力室121に、対応するノズル109が連通する。圧力室121は、ノズル109を介してインクジェットヘッド21の外部につながる。   The plurality of pressure chambers 121 are arranged corresponding to the plurality of nozzles 109. For this reason, the corresponding nozzle 109 communicates with the pressure chamber 121. The pressure chamber 121 is connected to the outside of the inkjet head 21 via the nozzle 109.

インク流路構造体400は、例えばステンレスによって矩形の板状に形成される。なお、インク流路構造体400の材料は、ステンレスに限らない。例えば、セラミックスまたは樹脂のような他の材料によって形成されても良い。使用されるセラミックスは、例えば、アルミナセラミックス、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化ケイ素のような窒化物、炭化物、または酸化物である。使用される樹脂は、例えば、ABS、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、またはポリエーテルサルフォンのようなプラスチック材である。インク流路構造体400の材料は、インクを吐出するための圧力の発生に影響が生じないように、ノズルプレート100との膨張係数の差を考慮して選択される。   The ink flow path structure 400 is formed in a rectangular plate shape using, for example, stainless steel. The material of the ink flow path structure 400 is not limited to stainless steel. For example, you may form with other materials like ceramics or resin. The ceramics used are, for example, alumina ceramics, zirconia, silicon carbide, nitrides such as silicon nitride, carbides or oxides. The resin used is, for example, a plastic material such as ABS, polyacetal, polyamide, polycarbonate, or polyethersulfone. The material of the ink flow path structure 400 is selected in consideration of the difference in expansion coefficient with the nozzle plate 100 so as not to affect the generation of pressure for ejecting ink.

インク流路構造体400は、例えばエポキシ系接着剤によって、圧力室構造体120に接着される。インク流路構造体400は、インク流路401と、図示しないインク供給口と、インク排出口とを有する。   The ink flow path structure 400 is bonded to the pressure chamber structure 120 by, for example, an epoxy adhesive. The ink flow path structure 400 includes an ink flow path 401, an ink supply port (not shown), and an ink discharge port.

インク流路401は、インク流路構造体400の表面に形成された溝である。インク供給口は、インク流路の一方の端部に開口する。インク供給口は、例えばチューブを介してインクタンクに接続される。インクタンクは、インク流路401を介して複数の圧力室121に接続される。   The ink flow path 401 is a groove formed on the surface of the ink flow path structure 400. The ink supply port opens at one end of the ink flow path. The ink supply port is connected to the ink tank via a tube, for example. The ink tank is connected to the plurality of pressure chambers 121 via the ink flow path 401.

インクタンクのインクは、インク供給口を通って、インク流路401に流入する。インク流路401に供給されたインクは、複数の圧力室121に供給される。圧力室121に充填されたインクは、圧力室121に開口するノズル109内にも流入する。インクジェットプリンタ1は、インクの圧力を適切な負圧に保つことで、インクをノズル109内に留める。インクは、ノズル109内にメニスカスを生じさせるとともに、ノズル109から漏れ出さないように維持される。   The ink in the ink tank flows into the ink flow path 401 through the ink supply port. The ink supplied to the ink flow path 401 is supplied to the plurality of pressure chambers 121. The ink filled in the pressure chamber 121 also flows into the nozzle 109 that opens in the pressure chamber 121. The ink jet printer 1 keeps the ink in the nozzle 109 by keeping the ink pressure at an appropriate negative pressure. The ink causes a meniscus in the nozzle 109 and is maintained so as not to leak from the nozzle 109.

次に、ノズルプレート100について詳しく説明する。図2および図3A、3Bに示すように、ノズルプレート100は、上述のノズル109および振動板101と、基板上絶縁膜102と、下部電極103と、圧電膜104と、上部電極105と、配線間絶縁膜106と、保護膜110と、撥インク膜111とを有する。配線間絶縁膜106および保護膜110は、絶縁部の一例である。   Next, the nozzle plate 100 will be described in detail. As shown in FIGS. 2 and 3A, 3B, the nozzle plate 100 includes the nozzle 109 and the vibration plate 101, the substrate insulating film 102, the lower electrode 103, the piezoelectric film 104, the upper electrode 105, and the wiring. The insulating film 106, the protective film 110, and the ink repellent film 111 are included. The inter-wiring insulating film 106 and the protective film 110 are examples of insulating portions.

振動板101および基板上絶縁膜102は、例えば、圧力室構造体120に成膜されたSiO(二酸化ケイ素)によって、矩形の板状に形成される。言い換えると、振動板101および基板上絶縁膜102は、シリコンウエハである圧力室構造体120の酸化膜である。振動板101および基板上絶縁膜102は、単結晶Si(ケイ素)、Al(酸化アルミニウム)、HfO(酸化ハフニウム)、ZrO(酸化ジルコニウム)、またはDLC(Diamond Like Carbon)のような他の材料によって形成されても良い。振動板101および基板上絶縁膜102の厚さは、例えば4μmである。振動板101および基板上絶縁膜102の厚さは、概ね1〜50μmの範囲にある。振動板101および基板上絶縁膜102は同一の膜から構成され、存在領域によって名称の区別を行っている。言い換えると、圧力室121に接する領域が振動板101、圧力室構造体120に接する領域が基板上絶縁膜102である。 The vibration plate 101 and the on-substrate insulating film 102 are formed in a rectangular plate shape by, for example, SiO 2 (silicon dioxide) formed on the pressure chamber structure 120. In other words, the vibration plate 101 and the on-substrate insulating film 102 are oxide films of the pressure chamber structure 120 that is a silicon wafer. The vibration plate 101 and the insulating film 102 on the substrate are made of single crystal Si (silicon), Al 2 O 3 (aluminum oxide), HfO 2 (hafnium oxide), ZrO 2 (zirconium oxide), or DLC (Diamond Like Carbon). It may be formed of other materials. The thickness of the vibration plate 101 and the on-substrate insulating film 102 is, for example, 4 μm. The thickness of the vibration plate 101 and the on-substrate insulating film 102 is generally in the range of 1 to 50 μm. The diaphragm 101 and the on-substrate insulating film 102 are made of the same film, and the names are distinguished according to the existence area. In other words, the region in contact with the pressure chamber 121 is the diaphragm 101, and the region in contact with the pressure chamber structure 120 is the insulating film 102 on the substrate.

振動板101は、第1の面101aと、第2の面101bとを有する。第1の面101aは、複数の圧力室121を塞ぐ。第2の面101bは、第1の面101aの反対側に位置する。   The diaphragm 101 has a first surface 101a and a second surface 101b. The first surface 101a closes the plurality of pressure chambers 121. The second surface 101b is located on the opposite side of the first surface 101a.

基板上絶縁膜102は、第1の面102aと、第2の面102bとを有する。第1の面102aは、圧力室構造体120に固着する。第2の面102bは、第1の面102aの反対側に位置する。   The on-substrate insulating film 102 has a first surface 102a and a second surface 102b. The first surface 102 a is fixed to the pressure chamber structure 120. The second surface 102b is located on the opposite side of the first surface 102a.

下部電極103は、振動板101の第2の面101bおよび基板上絶縁膜102の第2の面102bに形成される。下部電極103は、例えば、Pt(白金)およびAl(アルミニウム)の薄膜である。   The lower electrode 103 is formed on the second surface 101 b of the diaphragm 101 and the second surface 102 b of the on-substrate insulating film 102. The lower electrode 103 is, for example, a thin film of Pt (platinum) and Al (aluminum).

上部電極105は、下部電極103の一部と上部電極105で圧電膜104を挟み込むように形成される。上部電極105は、例えば、Ti(チタン)およびPtの薄膜である。なお、下部電極103および上部電極105は、Ni(ニッケル)、Cu(銅)、Al(アルミニウム)、Ag(銀)、Ti(チタン)、W(タングステン)、Mo(モリブデン)、Au(金)のような他の材料によって形成されても良い。   The upper electrode 105 is formed so that the piezoelectric film 104 is sandwiched between a part of the lower electrode 103 and the upper electrode 105. The upper electrode 105 is, for example, a thin film of Ti (titanium) and Pt. The lower electrode 103 and the upper electrode 105 are Ni (nickel), Cu (copper), Al (aluminum), Ag (silver), Ti (titanium), W (tungsten), Mo (molybdenum), Au (gold). It may be formed of other materials such as

下部電極103および上部電極105の厚さは、例えば0.5μmである。下部電極103および上部電極105の膜厚は、概ね0.01〜1μmの範囲にある。   The thickness of the lower electrode 103 and the upper electrode 105 is, for example, 0.5 μm. The film thicknesses of the lower electrode 103 and the upper electrode 105 are generally in the range of 0.01 to 1 μm.

図2および図3A,3Bに示すように、駆動素子113は、下部電極103の部分と、圧電膜104と、上部電極105の部分とを順次積層させた積層体からなる。下部電極103の部分と、上部電極105の部分との間に圧電膜104が介在する。上部電極105は、配線間絶縁膜106に接する。駆動素子113は、対応するノズル109からインク滴を吐出させるための圧力を、対応する圧力室121のインクに発生させる。   As shown in FIGS. 2, 3 </ b> A, and 3 </ b> B, the driving element 113 is formed of a laminated body in which a lower electrode 103 portion, a piezoelectric film 104, and an upper electrode 105 portion are sequentially laminated. The piezoelectric film 104 is interposed between the lower electrode 103 portion and the upper electrode 105 portion. The upper electrode 105 is in contact with the inter-wiring insulating film 106. The driving element 113 generates a pressure for ejecting ink droplets from the corresponding nozzle 109 in the ink in the corresponding pressure chamber 121.

下部電極103における圧電膜104と接する電極部103aは、振動板101の第2の面101bの上にある。下部電極103の電極部103aは、ノズル109を囲む円環状に形成され、かつノズル109と同一軸上に位置する。さらに、下部電極103の電極部103aの外径は、例えば133μmである。下部電極103の電極部103aの内径は、例えば30μmである。   An electrode portion 103 a in contact with the piezoelectric film 104 in the lower electrode 103 is on the second surface 101 b of the diaphragm 101. The electrode portion 103 a of the lower electrode 103 is formed in an annular shape surrounding the nozzle 109 and is located on the same axis as the nozzle 109. Furthermore, the outer diameter of the electrode portion 103a of the lower electrode 103 is, for example, 133 μm. The inner diameter of the electrode portion 103a of the lower electrode 103 is, for example, 30 μm.

また、図2に示すように下部電極103の電極部103aのうち一部は、円環状の部分(電極部103a)から側方に直線状に延伸され、基板上絶縁膜102上に個別電極部である直線状の延伸部103bが形成されている。図3Bに示すようにこの延伸部103bは、振動板101の上から基板上絶縁膜102側に延出し、基板上絶縁膜102の上にも形成される。   Further, as shown in FIG. 2, a part of the electrode portion 103 a of the lower electrode 103 is linearly extended laterally from the annular portion (electrode portion 103 a), and the individual electrode portion is formed on the insulating film 102 on the substrate. A linear extending portion 103b is formed. As shown in FIG. 3B, the extending portion 103 b extends from above the vibration plate 101 to the substrate insulating film 102 side and is also formed on the substrate insulating film 102.

図2および図3A,3Bに示すように、圧電膜104は、ノズル109を囲むとともに、下部電極103の電極部103aと大よそ同じ大きさの円環状に形成される。圧電膜104は、下部電極103の電極部103aよりも僅かに小さく形成されるが、下部電極103の電極部103aより大きくても良い。圧電膜104は、ノズル109と同一軸上に位置する。圧電膜104は、下部電極103の電極部103aを覆う。さらに、圧電膜104の一部は、円環状の部分から延伸され、基板上絶縁膜102上に形成された下部電極103の延伸部103b上にも配置される。   As shown in FIGS. 2, 3 </ b> A, and 3 </ b> B, the piezoelectric film 104 surrounds the nozzle 109 and is formed in an annular shape that is approximately the same size as the electrode portion 103 a of the lower electrode 103. The piezoelectric film 104 is formed slightly smaller than the electrode portion 103 a of the lower electrode 103, but may be larger than the electrode portion 103 a of the lower electrode 103. The piezoelectric film 104 is located on the same axis as the nozzle 109. The piezoelectric film 104 covers the electrode portion 103 a of the lower electrode 103. Furthermore, a part of the piezoelectric film 104 is extended from an annular portion and is also disposed on the extended portion 103 b of the lower electrode 103 formed on the insulating film 102 on the substrate.

圧電膜104は、圧電性材料であるチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)の膜である。なお、圧電膜104はこれに限らず、例えば、PTO(PbTiO:チタン酸鉛)、PMNT(Pb(Mg1/3Nb2/3)O−PbTiO)、PZNT(Pb(Zn1/3Nb2/3)O−PbTiO)、ZnO、およびAlNのような種々の圧電性材料によって形成されても良い。 The piezoelectric film 104 is a film of lead zirconate titanate (PZT) which is a piezoelectric material. The piezoelectric film 104 is not limited to this, for example, PTO (PbTiO 3: lead titanate), PMNT (Pb (Mg 1/3 Nb 2/3) O 3 -PbTiO 3), PZNT (Pb (Zn 1 / 3 Nb 2/3 ) O 3 —PbTiO 3 ), ZnO, and AlN may be used to form the piezoelectric material.

圧電膜104の厚さは、例えば2μmである。圧電膜104の厚さは、例えば、圧電特性および絶縁破壊電圧によって決定される。圧電膜104の厚さは、概ね0.1μmから5μmの範囲にある。   The thickness of the piezoelectric film 104 is 2 μm, for example. The thickness of the piezoelectric film 104 is determined by, for example, piezoelectric characteristics and dielectric breakdown voltage. The thickness of the piezoelectric film 104 is generally in the range of 0.1 μm to 5 μm.

圧電膜104は、その厚み方向に分極を発生させる。当該分極の方向と同方向の電界を圧電膜104に印加すると、圧電膜104は、当該電界の方向と直交する方向に伸縮する。言い換えると、圧電膜104は、膜厚に対して直交する方向(面内方向)に収縮または伸長する。   The piezoelectric film 104 generates polarization in the thickness direction. When an electric field in the same direction as the polarization direction is applied to the piezoelectric film 104, the piezoelectric film 104 expands and contracts in a direction orthogonal to the direction of the electric field. In other words, the piezoelectric film 104 contracts or expands in a direction (in-plane direction) orthogonal to the film thickness.

なお、圧電膜104としてPZTのような強誘電体を使用した場合は、分極方向と反対の電界を加えることにより分極反転を生じる。したがって、実質的に分極方向と同じ方向にのみ電界を印加することが可能であり、電界を加えることにより圧電膜104は膜厚方向に伸長し、膜厚に対して直交する方向(面内方向)に収縮する。   When a ferroelectric material such as PZT is used as the piezoelectric film 104, polarization inversion occurs by applying an electric field opposite to the polarization direction. Therefore, it is possible to apply an electric field substantially only in the same direction as the polarization direction, and by applying the electric field, the piezoelectric film 104 extends in the film thickness direction and is perpendicular to the film thickness (in-plane direction). ).

上部電極105は、ノズル109を囲むとともに、下部電極103の電極部103aおよび圧電膜104と大よそ同じ大きさの円環状に形成される電極部105aを有する。上部電極105は、圧電膜104よりも僅かに小さく形成されるが、圧電膜104より大きくても良い。電極部105aは、ノズル109と同一軸上に位置する。上部電極105の電極部105aのうち一部は、円環状の部分(電極部105a)から側方に直線状に延伸され、基板上絶縁膜102上に直線状の延伸部105bが形成されている。この延伸部105bは、振動板101の上から基板上絶縁膜102側に延出し、基板上絶縁膜102の上にも形成される。上部電極105は、圧電膜104を覆う。言い換えると、上部電極105は、圧電膜104の吐出側(インクジェットヘッド21の外に向く側)に設けられる。   The upper electrode 105 surrounds the nozzle 109 and has an electrode portion 105 a formed in an annular shape having approximately the same size as the electrode portion 103 a of the lower electrode 103 and the piezoelectric film 104. The upper electrode 105 is formed slightly smaller than the piezoelectric film 104, but may be larger than the piezoelectric film 104. The electrode part 105 a is located on the same axis as the nozzle 109. A part of the electrode portion 105 a of the upper electrode 105 is linearly extended laterally from an annular portion (electrode portion 105 a), and a linear extended portion 105 b is formed on the insulating film 102 on the substrate. . The extending portion 105 b extends from the vibration plate 101 to the substrate insulating film 102 side and is also formed on the substrate insulating film 102. The upper electrode 105 covers the piezoelectric film 104. In other words, the upper electrode 105 is provided on the discharge side of the piezoelectric film 104 (side facing the ink jet head 21).

圧電膜104は、下部電極103の電極部103aと、上部電極105の電極部105aとの間、および下部電極103の延伸部103bと、上部電極105の延伸部105bとの間に介在する。言い換えると、圧電膜104に、下部電極103の電極部103aおよび上部電極105の電極部105aと、下部電極103の延伸部103bおよび上部電極105の延伸部105bとが重なる。上部電極105は、圧電膜104を介して下部電極103の電極部103aおよび延伸部103bに対向する。   The piezoelectric film 104 is interposed between the electrode portion 103 a of the lower electrode 103 and the electrode portion 105 a of the upper electrode 105, and between the extended portion 103 b of the lower electrode 103 and the extended portion 105 b of the upper electrode 105. In other words, the electrode portion 103a of the lower electrode 103 and the electrode portion 105a of the upper electrode 105, the extending portion 103b of the lower electrode 103, and the extending portion 105b of the upper electrode 105 overlap the piezoelectric film 104. The upper electrode 105 faces the electrode portion 103 a and the extending portion 103 b of the lower electrode 103 with the piezoelectric film 104 interposed therebetween.

配線間絶縁膜106は、振動板101の第2の面101bと、駆動素子113の表面と、下部電極103における圧電膜104と接しない電極部と、を覆う。配線間絶縁膜106は、下部電極103の外部端子との接続部を露出させる複数の孔を有する。   The inter-wiring insulating film 106 covers the second surface 101 b of the vibration plate 101, the surface of the driving element 113, and the electrode portion of the lower electrode 103 that is not in contact with the piezoelectric film 104. The inter-wiring insulating film 106 has a plurality of holes that expose the connection portions of the lower electrode 103 with the external terminals.

配線間絶縁膜106は、例えば、SiOによって形成される。配線間絶縁膜106は、例えば、SiN(窒化ケイ素)のような他の材料によって形成されても良い。配線間絶縁膜106は、振動板101の第2の面101bと、駆動素子113の表面と、下部電極103の延伸部103bと、の上において、おおよそ均一な厚さを有する。配線間絶縁膜106の厚さは1μmである。配線間絶縁膜106の厚さは、大よそ0.1μmから5μmの範囲にある。なお、配線間絶縁膜106の厚さは、部分的に異なっても良い。 The inter-wiring insulating film 106 is made of, for example, SiO 2 . The inter-wiring insulating film 106 may be formed of other materials such as SiN (silicon nitride), for example. The inter-wiring insulating film 106 has a substantially uniform thickness on the second surface 101 b of the vibration plate 101, the surface of the driving element 113, and the extending portion 103 b of the lower electrode 103. The thickness of the inter-wiring insulating film 106 is 1 μm. The thickness of the inter-wiring insulating film 106 is approximately in the range of 0.1 μm to 5 μm. Note that the thickness of the inter-wiring insulating film 106 may be partially different.

配線間絶縁膜106は、複数のコンタクトホール(コンタクト部)107を有する。図3Bに示すようにコンタクトホール107は、圧力室構造体120における圧力室121の周壁の中実部と対応する位置に配置されている。ここで、コンタクトホール107は、対応する駆動素子113の、基板上絶縁膜102が存在する領域上に設けられた上部電極105の一部を露出させるための孔である。コンタクトホール107は、例えば、直径20μmの円形に形成される。   The inter-wiring insulating film 106 has a plurality of contact holes (contact portions) 107. As shown in FIG. 3B, the contact hole 107 is disposed at a position corresponding to the solid portion of the peripheral wall of the pressure chamber 121 in the pressure chamber structure 120. Here, the contact hole 107 is a hole for exposing a part of the upper electrode 105 provided on the region of the corresponding driving element 113 where the on-substrate insulating film 102 exists. The contact hole 107 is formed in a circular shape with a diameter of 20 μm, for example.

図2および図3Bに示すように、上部電極105は、コンタクトホール107を介し、引出電極108と接続する。引出電極108は、配線間絶縁膜106上に設けられ、下部電極103と電気的に接続することを防いでいる。   As shown in FIGS. 2 and 3B, the upper electrode 105 is connected to the extraction electrode 108 through the contact hole 107. The extraction electrode 108 is provided on the inter-wiring insulating film 106 and prevents electrical connection with the lower electrode 103.

保護膜110は、振動板101の第2の面101b上にある。保護膜110は、例えば、東レ株式会社のフォトニース(登録商標)のような感光性ポリイミドによって形成される。すなわち、保護膜110は、配線間絶縁膜106と異なるとともに、絶縁性を有する材料によって形成される。保護膜110はこれに限らず、樹脂またはセラミックスのような、他の絶縁性の材料によって形成されても良い。利用される樹脂は、例えば、他の種類のポリイミド、ABS、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエーテルサルフォンのようなプラスチック材である。利用されるセラミックスは、例えば、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化ケイ素、チタン酸バリウムなどの窒化物、または酸化物である。また、保護膜110は、駆動素子および上部電極105との絶縁性を有するならば、金属材料によって形成されても良い。当該金属材料は、例えば、アルミ、SUS、またはチタンである。   The protective film 110 is on the second surface 101 b of the diaphragm 101. The protective film 110 is made of, for example, photosensitive polyimide such as Photo Nice (registered trademark) manufactured by Toray Industries, Inc. In other words, the protective film 110 is formed of an insulating material that is different from the inter-wiring insulating film 106. The protective film 110 is not limited to this, and may be formed of other insulating materials such as resin or ceramics. Resins used are plastic materials such as other types of polyimide, ABS, polyacetal, polyamide, polycarbonate, and polyethersulfone. The ceramics used are, for example, nitrides such as zirconia, silicon carbide, silicon nitride, barium titanate, or oxides. Further, the protective film 110 may be formed of a metal material as long as it has an insulating property with respect to the driving element and the upper electrode 105. The metal material is, for example, aluminum, SUS, or titanium.

保護膜110の材料は、耐熱性、絶縁性、熱膨張係数、平滑性、インクに対する濡れ性を考慮して選択される。当該材料の絶縁性は、インクジェットプリンタ1が導電率の高いインクを使用する場合、駆動素子113が駆動する際のインクの変質度合いに影響し得る。   The material of the protective film 110 is selected in consideration of heat resistance, insulation, thermal expansion coefficient, smoothness, and ink wettability. When the ink jet printer 1 uses ink having high conductivity, the insulating property of the material can affect the degree of ink deterioration when the drive element 113 is driven.

保護膜110は、振動板101の第2の面101bと、配線間絶縁膜106の表面と、引出電極108の一部を覆う。言い換えると、保護膜110は、配線間絶縁膜106の上から駆動素子113および下部電極103の一部を覆う。保護膜110は、例えばインクや空気中の水分から、駆動素子113、下部電極103、および上部電極105を保護する。保護膜110は、下部電極103および上部電極105の複数の外部端子との接続部をそれぞれ露出させる複数の孔を有する。   The protective film 110 covers the second surface 101 b of the vibration plate 101, the surface of the inter-wiring insulating film 106, and a part of the extraction electrode 108. In other words, the protective film 110 covers a part of the drive element 113 and the lower electrode 103 from above the inter-wiring insulating film 106. The protective film 110 protects the driving element 113, the lower electrode 103, and the upper electrode 105 from, for example, ink or moisture in the air. The protective film 110 has a plurality of holes that expose connection portions of the lower electrode 103 and the upper electrode 105 to a plurality of external terminals, respectively.

保護膜110の材料は、振動板101の材料とヤング率が異なる。振動板101を形成するSiOのヤング率は、80.6GPaである。一方、保護膜110を形成するポリイミドのヤング率は、4GPaである。すなわち、保護膜110のヤング率は、振動板101のヤング率よりも小さい。 The material of the protective film 110 is different from the material of the diaphragm 101 in Young's modulus. The Young's modulus of SiO 2 forming the vibration plate 101 is 80.6 GPa. On the other hand, the Young's modulus of the polyimide forming the protective film 110 is 4 GPa. That is, the Young's modulus of the protective film 110 is smaller than the Young's modulus of the diaphragm 101.

保護膜110の表面は、大よそ平滑に形成されるが、微小な凹凸を有する。例えば、駆動素子113が設けられた部分において、保護膜110の表面は、他の部分に比べて隆起する。保護膜110の表面は、振動板101に固着した面の反対側に位置する。   The surface of the protective film 110 is formed to be roughly smooth, but has minute irregularities. For example, in the portion where the driving element 113 is provided, the surface of the protective film 110 is raised as compared with other portions. The surface of the protective film 110 is located on the opposite side of the surface fixed to the vibration plate 101.

駆動素子113、下部電極103、および引出電極108がある部分以外の保護膜110の厚さは、約4μmである。保護膜110の膜厚は、概ね1〜50μmの範囲にある。この保護膜110の厚さは、振動板101の第2の面101bから、保護膜110の表面までの距離である。駆動素子113上に形成された保護膜110の厚さは、約2.5μmである。この保護膜110の厚さは、駆動素子113の上にある配線間絶縁膜106の表面から、保護膜110の表面までの距離である。   The thickness of the protective film 110 other than the portion where the driving element 113, the lower electrode 103, and the extraction electrode 108 are present is about 4 μm. The thickness of the protective film 110 is generally in the range of 1 to 50 μm. The thickness of the protective film 110 is the distance from the second surface 101 b of the diaphragm 101 to the surface of the protective film 110. The thickness of the protective film 110 formed on the driving element 113 is about 2.5 μm. The thickness of the protective film 110 is a distance from the surface of the inter-wiring insulating film 106 on the driving element 113 to the surface of the protective film 110.

撥インク膜111は、保護膜110と、配線間絶縁膜106の一部とを覆う。撥インク膜111は、例えば、旭硝子株式会社のサイトップ(登録商標)のような、撥液性を有するフッ素含有系有機材料またはシリコーン系撥液材料によって形成される。なお、撥インク膜111は、他の材料によって形成されても良い。   The ink repellent film 111 covers the protective film 110 and a part of the inter-wiring insulating film 106. The ink repellent film 111 is formed of, for example, a fluorine-containing organic material or a silicone-based liquid repellent material having liquid repellency, such as Cytop (registered trademark) of Asahi Glass Co., Ltd. The ink repellent film 111 may be formed of other materials.

撥インク膜111は、下部電極103の外部接続端子部と、上部電極105の外部接続端子部を露出させ、その周辺において保護膜110を覆わずに露出させる。撥インク膜111の表面は、ノズルプレート100の表面を形成する。撥インク膜111の表面は、保護膜110に固着した面の反対側に位置する。   The ink repellent film 111 exposes the external connection terminal portion of the lower electrode 103 and the external connection terminal portion of the upper electrode 105, and exposes the protective film 110 without covering the periphery thereof. The surface of the ink repellent film 111 forms the surface of the nozzle plate 100. The surface of the ink repellent film 111 is located on the opposite side of the surface fixed to the protective film 110.

撥インク膜111の厚さは、例えば1μmである。撥インク膜111の厚さは、例えば、0.01〜10μmの範囲にある。駆動素子113が設けられた部分、すなわち上部電極105および下部電極103がある部分における撥インク膜111の厚さは、他の部分よりも薄い。なお、撥インク膜111の厚さは一定でも良い。   The thickness of the ink repellent film 111 is, for example, 1 μm. The thickness of the ink repellent film 111 is, for example, in the range of 0.01 to 10 μm. The thickness of the ink repellent film 111 in the portion where the driving element 113 is provided, that is, the portion where the upper electrode 105 and the lower electrode 103 are present is thinner than the other portions. The thickness of the ink repellent film 111 may be constant.

ノズル109から吐出したインク滴がノズル109の近傍に付着すると、インク吐出の安定性が低下する可能性がある。撥インク膜111は、インク滴がノズルプレート100の表面に付着することを抑制する。   If ink droplets ejected from the nozzle 109 adhere to the vicinity of the nozzle 109, the stability of ink ejection may be reduced. The ink repellent film 111 suppresses ink droplets from adhering to the surface of the nozzle plate 100.

ノズル109は、振動板101と、保護膜110と、撥インク膜111とを貫通する。言い換えると、ノズル109は、振動板101と、保護膜110と、撥インク膜111とに形成される。振動板101および保護膜110が親インク性(親液性)を有するため、圧力室121に収容されたインクのメニスカスは、ノズル109内に保たれる。保護膜110の一部は、ノズル109と、駆動素子113の内周面との間に介在する。   The nozzle 109 passes through the vibration plate 101, the protective film 110, and the ink repellent film 111. In other words, the nozzle 109 is formed on the vibration plate 101, the protective film 110, and the ink repellent film 111. Since the vibration plate 101 and the protective film 110 have ink affinity (lyophilic property), the meniscus of the ink stored in the pressure chamber 121 is kept in the nozzle 109. A part of the protective film 110 is interposed between the nozzle 109 and the inner peripheral surface of the drive element 113.

下部電極103の外部接続端子部には、例えばフレキシブルケーブルを介して、図示しない制御部が接続される。制御部は、例えば、インクジェットヘッド21を制御するICや、インクジェットプリンタ1を制御するマイクロコンピュータである。一方、上部電極105の外部接続端子部は、例えば、GND(グランド接地=0V)に接続される。   A control unit (not shown) is connected to the external connection terminal portion of the lower electrode 103 via, for example, a flexible cable. The control unit is, for example, an IC that controls the inkjet head 21 or a microcomputer that controls the inkjet printer 1. On the other hand, the external connection terminal portion of the upper electrode 105 is connected to, for example, GND (ground ground = 0V).

制御部は、下部電極103に、対応する駆動素子113を駆動するための信号を伝送させる。下部電極103は、複数の駆動素子113を独立して動作させるための個別電極として用いられる。   The control unit causes the lower electrode 103 to transmit a signal for driving the corresponding drive element 113. The lower electrode 103 is used as an individual electrode for operating a plurality of driving elements 113 independently.

上記のインクジェットヘッド21は、例えば次のように印字(画像形成)を行う。ユーザの操作によって、制御部に印字指示信号が入力される。制御部は、当該印字指示に基づいて、複数の駆動素子113に信号を印加する。言い換えると、制御部は、下部電極103の圧電膜104と接する電極部に、駆動電圧を印加する。   The inkjet head 21 performs printing (image formation) as follows, for example. A print instruction signal is input to the control unit by a user operation. The control unit applies signals to the plurality of drive elements 113 based on the print instruction. In other words, the control unit applies a driving voltage to the electrode portion of the lower electrode 103 that is in contact with the piezoelectric film 104.

下部電極103の電極部103aに信号が印加されると、下部電極103の電極部103aと、上部電極105との間に電位差が生じる。これにより、圧電膜104に分極方向と同方向の電界が印加され、駆動素子113が電界方向と直交する方向に伸縮する。   When a signal is applied to the electrode portion 103 a of the lower electrode 103, a potential difference is generated between the electrode portion 103 a of the lower electrode 103 and the upper electrode 105. As a result, an electric field in the same direction as the polarization direction is applied to the piezoelectric film 104, and the drive element 113 expands and contracts in a direction orthogonal to the electric field direction.

このようなノズルプレート100において、駆動素子113が電界方向と直交する方向に伸びた場合、振動板101は、圧力室121の容積を縮小させるように湾曲する。反対に、駆動素子113が電界方向と直交する方向に縮んだ場合、振動板101は、圧力室121の容積を拡大させるように湾曲する。この際、配線間絶縁膜106および保護膜110は、当該湾曲を阻害する。   In such a nozzle plate 100, when the drive element 113 extends in a direction orthogonal to the electric field direction, the vibration plate 101 is curved so as to reduce the volume of the pressure chamber 121. On the other hand, when the driving element 113 is contracted in a direction orthogonal to the electric field direction, the diaphragm 101 is curved so as to increase the volume of the pressure chamber 121. At this time, the inter-wiring insulating film 106 and the protective film 110 inhibit the bending.

詳しく説明すると、図3A,3Bに示すように、駆動素子113は、振動板101と、配線間絶縁膜106および保護膜110と、に挟まれる。このため、駆動素子113が電界方向と直交する方向に伸びた場合、振動板101には、圧力室121側に対して凹形状に変形する力がかかる。言い換えると、振動板101は、圧力室121の容積を増大させる方向に湾曲しようとする。反対に、配線間絶縁膜106および保護膜110には、圧力室121側に対して凸形状に変形する力がかかる。言い換えると、配線間絶縁膜106および保護膜110は、圧力室121の容積を減少させる方向に湾曲しようとする。   More specifically, as shown in FIGS. 3A and 3B, the driving element 113 is sandwiched between the vibration plate 101, the inter-wiring insulating film 106, and the protective film 110. For this reason, when the drive element 113 extends in a direction orthogonal to the electric field direction, the diaphragm 101 is subjected to a force that deforms into a concave shape with respect to the pressure chamber 121 side. In other words, the diaphragm 101 tends to bend in a direction that increases the volume of the pressure chamber 121. On the contrary, the inter-wiring insulating film 106 and the protective film 110 are subjected to a force that deforms into a convex shape with respect to the pressure chamber 121 side. In other words, the inter-wiring insulating film 106 and the protective film 110 tend to bend in a direction that reduces the volume of the pressure chamber 121.

一方、駆動素子113が電界方向と直交する方向に縮んだ場合、振動板101には、圧力室121側に対して凸形状に変形する力がかかる。言い換えると、振動板101は、圧力室121の容積を減少させる方向に湾曲しようとする。また、配線間絶縁膜106および保護膜110には、圧力室121側に対して凹形状に変形する力がかかる。言い換えると、配線間絶縁膜106および保護膜110は、圧力室121の容積を増大させる方向に湾曲しようとする。   On the other hand, when the driving element 113 is contracted in a direction orthogonal to the electric field direction, the diaphragm 101 is subjected to a force that deforms into a convex shape with respect to the pressure chamber 121 side. In other words, the diaphragm 101 tends to bend in a direction that reduces the volume of the pressure chamber 121. Further, the inter-wiring insulating film 106 and the protective film 110 are subjected to a force that deforms into a concave shape with respect to the pressure chamber 121 side. In other words, the inter-wiring insulating film 106 and the protective film 110 tend to bend in a direction that increases the volume of the pressure chamber 121.

上述のように、振動板101と、配線間絶縁膜106および保護膜110とは、互いに反対方向に湾曲しようとする。すなわち、配線間絶縁膜106および保護膜110が形成する絶縁部は、駆動素子113による振動板101の変形を阻害する力(膜応力)を生じさせる。   As described above, the vibration plate 101, the inter-wiring insulating film 106, and the protective film 110 tend to bend in opposite directions. That is, the insulating portion formed by the inter-wiring insulating film 106 and the protective film 110 generates a force (film stress) that inhibits the deformation of the vibration plate 101 by the driving element 113.

駆動素子113の構成部材の変形量は、ヤング率および当該部材の厚さに影響される。保護膜110を形成するポリイミドは、振動板101を形成するSiOよりヤング率が小さい。このため、保護膜110の方が、振動板101よりも、同じ力に対する変形量が大きい。さらに、配線間絶縁膜106は、振動板101よりも薄い。このため、配線間絶縁膜106の方が、振動板101よりも、同じ力に対する変形量が大きい。 The amount of deformation of the constituent member of the drive element 113 is affected by the Young's modulus and the thickness of the member. The polyimide forming the protective film 110 has a Young's modulus smaller than that of SiO 2 forming the vibration plate 101. For this reason, the protective film 110 has a larger deformation amount with respect to the same force than the diaphragm 101. Further, the inter-wiring insulating film 106 is thinner than the vibration plate 101. For this reason, the inter-wiring insulating film 106 has a larger deformation amount with respect to the same force than the vibration plate 101.

以上のように、駆動素子113は、ベンディングモード(屈曲振動)で動作する。駆動素子113は、電圧が印加されたときに、振動板101を変形させることで、圧力室121の容積を変化させる。   As described above, the drive element 113 operates in the bending mode (bending vibration). The drive element 113 changes the volume of the pressure chamber 121 by deforming the diaphragm 101 when a voltage is applied.

まず、駆動素子113は、振動板101を圧力室121側に対して凹形状に変形させることで圧力室121の容積を増大させる。これにより、圧力室121に収容されたインクに負圧が生じ、圧力室121にインクが流入する。   First, the drive element 113 increases the volume of the pressure chamber 121 by deforming the diaphragm 101 into a concave shape with respect to the pressure chamber 121 side. As a result, a negative pressure is generated in the ink stored in the pressure chamber 121, and the ink flows into the pressure chamber 121.

次に、駆動素子113は、振動板101を圧力室121側に対して凸形状に変形させることで圧力室121の容積を減少させる。これにより、圧力室121のインクが加圧される。これにより、加圧されたインクがノズル109から吐出される。   Next, the drive element 113 reduces the volume of the pressure chamber 121 by deforming the diaphragm 101 into a convex shape with respect to the pressure chamber 121 side. Thereby, the ink in the pressure chamber 121 is pressurized. Thereby, the pressurized ink is ejected from the nozzle 109.

振動板101と保護膜110とのヤング率の差が大きいほど、インク吐出が可能となる電圧がより低くなり、インクジェットヘッド21が効率良くインクを吐出できる。さらに、配線間絶縁膜106および保護膜110が形成する絶縁部と、振動板101との厚さの差が大きいほど、インク吐出が可能となる電圧がより低くなり、インクジェットヘッド21が効率良くインクを吐出できる。   The greater the difference in Young's modulus between the vibration plate 101 and the protective film 110, the lower the voltage at which ink can be ejected, and the ink jet head 21 can eject ink efficiently. Furthermore, the greater the difference in thickness between the insulating portion formed by the inter-wiring insulating film 106 and the protective film 110 and the vibration plate 101, the lower the voltage at which ink can be ejected, and the ink-jet head 21 can efficiently perform ink ejection. Can be discharged.

次に、インクジェットヘッド21の製造方法の一例について図4(A)〜(C)乃至図7を参照して説明する。まず、図4(A)に示すように圧力室121が形成される前の圧力室構造体120(シリコンウエハ)の表面の全域に、振動板101および基板上絶縁膜102としてのSiO膜120aを成膜する。当該SiO膜120aは、例えば熱酸化膜法によって成膜される。なお、SiO膜120aは、CVD法のような他の方法によって成膜されても良い。 Next, an example of a method for manufacturing the inkjet head 21 will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 4A, the SiO 2 film 120a as the diaphragm 101 and the insulating film 102 on the substrate is formed on the entire surface of the pressure chamber structure 120 (silicon wafer) before the pressure chamber 121 is formed. Is deposited. The SiO 2 film 120a is formed by a thermal oxide film method, for example. The SiO 2 film 120a may be formed by other methods such as a CVD method.

圧力室構造体120を形成するシリコンウエハは、大きな一枚の円板である。当該シリコンウエハから、後で複数の圧力室構造体120が切り取られる。なお、これに限らず、一枚の矩形のシリコンウエハから、一つの圧力室構造体120を形成しても良い。   The silicon wafer forming the pressure chamber structure 120 is a single large disk. A plurality of pressure chamber structures 120 are later cut from the silicon wafer. However, the present invention is not limited to this, and one pressure chamber structure 120 may be formed from one rectangular silicon wafer.

前記シリコンウエハは、インクジェットヘッド21の製造過程において、繰り返し加熱および薄膜の成膜がなされる。このため、前記シリコンウエハは、耐熱性を有し、SEMI(Semiconductor Equipment and Materials International)規格に準じ、且つ鏡面研磨によって平滑化されたものである。   The silicon wafer is repeatedly heated and a thin film is formed in the manufacturing process of the inkjet head 21. For this reason, the silicon wafer has heat resistance, conforms to SEMI (Semiconductor Equipment and Materials International) standard, and is smoothed by mirror polishing.

次に、図4(B)に示すようにSiO膜120aに、下部電極103を形成する金属膜を成膜する。まず、スパッタリング法を用いてTiの膜とPtの膜とを順番に成膜する。Ptの膜厚は例えば0.45μm、Ti膜厚は例えば0.05μmである。なお、当該金属膜は、蒸着および鍍金のような他の製法によって形成されても良い。 Next, as shown in FIG. 4B, a metal film for forming the lower electrode 103 is formed on the SiO 2 film 120a. First, a Ti film and a Pt film are sequentially formed by sputtering. The film thickness of Pt is, for example, 0.45 μm, and the film thickness of Ti is, for example, 0.05 μm. The metal film may be formed by other manufacturing methods such as vapor deposition and plating.

次に、下部電極103を形成する金属膜の上に、圧電膜104を形成する。圧電膜104は、例えばRFマグネトロンスパッタリング法により成膜される。このとき、前記シリコンウエハの温度は、例えば350℃にされる。圧電膜104は、成膜後、圧電膜104に圧電性を付与するために、650℃で3時間熱処理される。これにより、圧電膜104は、良好な結晶性を得るとともに、良好な圧電性能を得る。圧電膜104は、例えば、CVD(化学的気相成長法)、ゾルゲル法、AD法(エアロゾルデポジション法)、水熱合成法のような他の製法によって形成されても良い。   Next, the piezoelectric film 104 is formed on the metal film that forms the lower electrode 103. The piezoelectric film 104 is formed by, for example, an RF magnetron sputtering method. At this time, the temperature of the silicon wafer is set to 350 ° C., for example. After the film formation, the piezoelectric film 104 is heat-treated at 650 ° C. for 3 hours in order to impart piezoelectricity to the piezoelectric film 104. Thereby, the piezoelectric film 104 obtains good crystallinity and good piezoelectric performance. The piezoelectric film 104 may be formed by other manufacturing methods such as a CVD (chemical vapor deposition method), a sol-gel method, an AD method (aerosol deposition method), and a hydrothermal synthesis method.

次に、圧電膜104の上に、上部電極105を形成するPtの金属膜を成膜する。当該金属膜は、例えばスパッタリング法によって成膜される。当該金属膜は、真空蒸着および鍍金のような他の製法によって形成されても良い。   Next, a Pt metal film for forming the upper electrode 105 is formed on the piezoelectric film 104. The metal film is formed by, for example, a sputtering method. The metal film may be formed by other manufacturing methods such as vacuum deposition and plating.

次に、上記上部電極105の金属膜および圧電膜104をエッチングすることで、図4(C)に示すように上部電極105と、圧電膜104とをパターニングする。パターニングは、前記上部電極105の金属膜の上にエッチングマスクを作り、当該エッチングマスク以外の前記金属膜および圧電膜104をエッチングによって除去することで行う。前記金属膜および圧電膜104は、同時(一緒)にパターニングされる。なお、前記金属膜および圧電膜104は、個別にパターニングされても良い。エッチングマスクは、感光性レジストの塗布、プリベーク、所望のパターンが形成されたマスクを用いた露光、現像、およびポストベークによって形成される。   Next, by etching the metal film and the piezoelectric film 104 of the upper electrode 105, the upper electrode 105 and the piezoelectric film 104 are patterned as shown in FIG. The patterning is performed by creating an etching mask on the metal film of the upper electrode 105 and removing the metal film and the piezoelectric film 104 other than the etching mask by etching. The metal film and the piezoelectric film 104 are patterned simultaneously (together). The metal film and the piezoelectric film 104 may be individually patterned. The etching mask is formed by application of a photosensitive resist, pre-baking, exposure using a mask on which a desired pattern is formed, development, and post-baking.

次に、パターニングによって、下部電極103を形成する。パターニングは、圧電膜104および上部電極105と、圧電膜104の下の前記下部電極103の金属膜(Pt/Ti)との上にエッチングマスクを作り、当該エッチングマスク以外の前記金属膜をエッチングによって除去することで行う。エッチングマスクは、感光性レジストの塗布、プリベーク、所望のパターンが形成されたマスクを用いた露光、現像、およびポストベークによって形成される。   Next, the lower electrode 103 is formed by patterning. For patterning, an etching mask is formed on the piezoelectric film 104 and the upper electrode 105 and the metal film (Pt / Ti) of the lower electrode 103 below the piezoelectric film 104, and the metal film other than the etching mask is etched. Do by removing. The etching mask is formed by application of a photosensitive resist, pre-baking, exposure using a mask on which a desired pattern is formed, development, and post-baking.

下部電極103および上部電極105と、圧電膜104との円環状の部分の中心にノズル109が形成される。このとき、下部電極103の電極部103a、上部電極105の電極部105aおよび圧電膜104の円環状の部分の中心と同心円の、金属膜および圧電膜104がない部分が形成されるとともに、SiO膜120a上に下部電極103の延伸部103bおよび上部電極105の延伸部105bが形成される。このように、駆動素子113がSiO膜120aの上に形成される。パターニングによって、下部電極103の外部接続端子部、上部電極105および駆動素子113以外では、SiO膜120a(振動板101および基板上絶縁膜102)が露出する。 A nozzle 109 is formed at the center of the annular portion of the lower electrode 103 and the upper electrode 105 and the piezoelectric film 104. At this time, a portion that is concentric with the center of the electrode portion 103a of the lower electrode 103, the electrode portion 105a of the upper electrode 105, and the annular portion of the piezoelectric film 104 is formed without the metal film and the piezoelectric film 104 and SiO 2 An extended portion 103b of the lower electrode 103 and an extended portion 105b of the upper electrode 105 are formed on the film 120a. Thus, the drive element 113 is formed on the SiO 2 film 120a. By the patterning, the SiO 2 film 120a (the vibration plate 101 and the insulating film 102 on the substrate) is exposed except for the external connection terminal portion of the lower electrode 103, the upper electrode 105, and the driving element 113.

次に、図5(A)に示すようにSiO膜120aと、駆動素子113との上に、配線間絶縁膜106を形成する。配線間絶縁膜106は、良好な絶縁性を低温成膜にて実現できるCVD法によって形成される。配線間絶縁膜106はこれに限らず、スパッタリング法、または蒸着のような他の方法によって形成されても良い。 Next, as illustrated in FIG. 5A, the inter-wiring insulating film 106 is formed on the SiO 2 film 120 a and the driving element 113. The inter-wiring insulating film 106 is formed by a CVD method that can realize good insulating properties at low temperature. The inter-wiring insulating film 106 is not limited to this, and may be formed by other methods such as sputtering or vapor deposition.

配線間絶縁膜106は、図5(B)に示すように成膜後にパターニングされる。これにより、ノズル109を形成するため、駆動素子113の中心と同心円の配線間絶縁膜106がない部分106aが形成される。同時に、コンタクトホール107が形成される。当該配線間絶縁膜106が無い部分106aの直径は、例えば10μmである。パターニングは、エッチングマスク以外の配線間絶縁膜106をエッチングによって除去することで行う。エッチングマスクは、感光性レジストの塗布、プリベーク、所望のパターンが形成されたマスクを用いた露光、現像、定着、およびポストベークによって形成される。   The inter-wiring insulating film 106 is patterned after film formation as shown in FIG. Thereby, in order to form the nozzle 109, a portion 106 a that does not have the inter-wiring insulating film 106 that is concentric with the center of the driving element 113 is formed. At the same time, a contact hole 107 is formed. The diameter of the portion 106a without the inter-wiring insulating film 106 is, for example, 10 μm. The patterning is performed by removing the inter-wiring insulating film 106 other than the etching mask by etching. The etching mask is formed by application of a photosensitive resist, pre-baking, exposure using a mask on which a desired pattern is formed, development, fixing, and post-baking.

次に、図5(C)に示すように配線間絶縁膜106の上に、引出電極108を形成する金属膜を成膜する。当該金属膜は、例えばスパッタリング法によって成膜されるTi(チタン)/Al(アルミニウム)薄膜である。Tiの膜厚は、例えば0.1μm、Alの膜厚は、例えば0.4μmである。当該金属膜は、真空蒸着および鍍金のような他の製法によって形成されても良い。当該金属膜は、コンタクトホール107を通って下部電極103、上部電極105のいずれかに接続される。   Next, as shown in FIG. 5C, a metal film for forming the extraction electrode 108 is formed on the inter-wiring insulating film 106. The metal film is, for example, a Ti (titanium) / Al (aluminum) thin film formed by a sputtering method. The film thickness of Ti is, for example, 0.1 μm, and the film thickness of Al is, for example, 0.4 μm. The metal film may be formed by other manufacturing methods such as vacuum deposition and plating. The metal film is connected to either the lower electrode 103 or the upper electrode 105 through the contact hole 107.

上記金属膜をパターニングすることで、下部電極103の外部接続端子部、上部電極105の外部接続端子部を形成する。パターニングは、前記金属膜上にエッチングマスクを作り、当該エッチングマスク以外の前記金属膜をエッチングによって除去することで行う。エッチングマスクは、感光性レジストの塗布、プリベーク、所望のパターンが形成されたマスクを用いた露光、現像、およびポストベークによって形成される。   By patterning the metal film, an external connection terminal portion of the lower electrode 103 and an external connection terminal portion of the upper electrode 105 are formed. The patterning is performed by creating an etching mask on the metal film and removing the metal film other than the etching mask by etching. The etching mask is formed by application of a photosensitive resist, pre-baking, exposure using a mask on which a desired pattern is formed, development, and post-baking.

次に、振動板101を形成するためのSiO膜120aをパターニングし、ノズル109の一部を形成する。パターニングは、SiO膜120aの上にエッチングマスクを作り、エッチングマスク以外のSiO膜120aをエッチングによって除去することで行う。エッチングマスクは、振動板101の上への感光性レジストの塗布、プリベーク、所望のパターンが形成されたマスクを用いた露光、現像、およびポストベークによって形成される。 Next, the SiO 2 film 120 a for forming the vibration plate 101 is patterned to form a part of the nozzle 109. Patterning is made an etching mask on the SiO 2 film 120a, performs SiO 2 film 120a other than the etching mask by removing by etching. The etching mask is formed by application of a photosensitive resist on the vibration plate 101, pre-baking, exposure using a mask on which a desired pattern is formed, development, and post-baking.

次に、図6(A)に示すようにSiO膜120a、配線間絶縁膜106、引出電極108の上に、保護膜110をスピンコーティング法(スピンコート)によって形成する。すなわち、配線間絶縁膜106を覆う保護膜110を形成する。まず、ポリイミド前駆体を含有した溶液でSiO膜120aおよび配線間絶縁膜106を覆う。次に、前記シリコンウエハが回転させられ、溶液表面が平滑にされる。ベークによって熱重合と溶剤除去を行うことで、保護膜110が形成される。 Next, as shown in FIG. 6A, a protective film 110 is formed on the SiO 2 film 120a, the inter-wiring insulating film 106, and the extraction electrode 108 by spin coating (spin coating). That is, the protective film 110 that covers the inter-wiring insulating film 106 is formed. First, the SiO 2 film 120a and the inter-wiring insulating film 106 are covered with a solution containing a polyimide precursor. Next, the silicon wafer is rotated to smooth the solution surface. The protective film 110 is formed by performing thermal polymerization and solvent removal by baking.

保護膜110の形成方法は、スピンコーティング法に限らない。保護膜110は、CVD、真空蒸着、または鍍金のような他の方法によって形成されても良い。   The method for forming the protective film 110 is not limited to the spin coating method. The protective film 110 may be formed by other methods such as CVD, vacuum deposition, or plating.

図6(B)に示すように保護膜110をパターニングすることによって、ノズル109を形成するとともに、下部電極103の外部接続端子部と、上部電極105の外部接続端子部とを露出させる。パターニングは、保護膜110の材料に応じた手順で行われる。   By patterning the protective film 110 as shown in FIG. 6B, the nozzle 109 is formed, and the external connection terminal portion of the lower electrode 103 and the external connection terminal portion of the upper electrode 105 are exposed. The patterning is performed according to a procedure corresponding to the material of the protective film 110.

一例として、保護膜110が、例えば、東レ株式会社のセミコファイン(登録商標)のような非感光性ポリイミドによって形成される場合について説明する。まず、ポリイミド前駆体を含有した溶液をスピンコーティング法によって配線間絶縁膜106の上に成膜し、ベークによって熱重合と溶剤除去を行って焼成成形する。その後、非感光性ポリイミド膜上にエッチングマスクを作り、エッチングマスク以外のポリイミド膜をエッチングによって除去することで、パターニングがなされる。エッチングマスクは、非感光性ポリイミド膜上への感光性レジストの塗布、プリベーク、所望のパターンが形成されたマスクを用いた露光、現像、およびポストベークによって形成される。   As an example, the case where the protective film 110 is formed of non-photosensitive polyimide such as Semicofine (registered trademark) of Toray Industries, Inc. will be described. First, a solution containing a polyimide precursor is formed on the inter-wiring insulating film 106 by a spin coating method, and is subjected to thermal polymerization and solvent removal by baking to be baked. Thereafter, an etching mask is formed on the non-photosensitive polyimide film, and the polyimide film other than the etching mask is removed by etching to perform patterning. The etching mask is formed by application of a photosensitive resist on the non-photosensitive polyimide film, pre-baking, exposure using a mask on which a desired pattern is formed, development, and post-baking.

他の例として、保護膜110が、例えば、東レ株式会社のフォトニース(登録商標)のような感光性ポリイミドによって形成される場合について説明する。まず、溶液をスピンコーティング法によって配線間絶縁膜106の上に成膜した後、プリベークを行う。その後、マスクを用いた露光と、現像工程とを経てパターニングが行われる。ポジ型感光性ポリイミドの場合、上記マスクは、ノズル109、下部電極103の外部接続端子部、および上部電極105の外部接続端子部に対応する部分が開口する(光が透過する)。ネガ型感光性ポリイミドの場合、上記マスクは、ノズル109、下部電極103の外部接続端子部、および上部電極105の外部接続端子部に対応する部分が遮光される。その後、ポストベークが行われ、保護膜110が焼成成形される。   As another example, the case where the protective film 110 is formed of photosensitive polyimide such as Photo Nice (registered trademark) of Toray Industries, Inc. will be described. First, after a solution is formed on the inter-wiring insulating film 106 by a spin coating method, pre-baking is performed. Thereafter, patterning is performed through exposure using a mask and a development process. In the case of positive photosensitive polyimide, the mask has openings corresponding to the nozzle 109, the external connection terminal portion of the lower electrode 103, and the external connection terminal portion of the upper electrode 105 (light is transmitted). In the case of negative photosensitive polyimide, the mask shields light from portions corresponding to the nozzle 109, the external connection terminal portion of the lower electrode 103, and the external connection terminal portion of the upper electrode 105. Thereafter, post-baking is performed, and the protective film 110 is fired.

次に、図6(C)に示すように保護膜110上に撥インク膜111を形成する。撥インク膜111は、保護膜110上に液状の撥インク膜材料をスピンコーティングすることによって成膜される。   Next, as shown in FIG. 6C, an ink repellent film 111 is formed over the protective film 110. The ink repellent film 111 is formed by spin coating a liquid ink repellent film material on the protective film 110.

次に、撥インク膜111を形成する膜をパターニングする。パターニングは、撥インク膜111の上にエッチングマスクを作り、エッチングマスク以外の撥インク膜111をエッチングによって除去することで行う。エッチングマスクは、撥インク膜111の上への感光性レジストの塗布、プリベーク、所望のパターンが形成されたマスクを用いた露光、現像、およびポストベークによって形成される。   Next, the film forming the ink repellent film 111 is patterned. The patterning is performed by creating an etching mask on the ink repellent film 111 and removing the ink repellent film 111 other than the etching mask by etching. The etching mask is formed by applying a photosensitive resist on the ink-repellent film 111, pre-baking, exposure using a mask on which a desired pattern is formed, development, and post-baking.

次に、撥インク膜111の上にカバーテープを貼り付ける。カバーテープは、例えば、シリコンウエハの化学機械研磨(Chemical Mecanical Polishing:CMP)用の裏面保護テープである。カバーテープが貼り付けられた圧力室構造体120を上下反転し、図7に示すように圧力室構造体120に複数の圧力室121を形成する。圧力室121は、パターニングによって形成される。この圧力室121の形成により、SiO膜120aにおける圧力室121に接する領域が振動板101、圧力室構造体120に接する領域が基板上絶縁膜102となる。 Next, a cover tape is stuck on the ink repellent film 111. The cover tape is, for example, a back surface protective tape for chemical mechanical polishing (CMP) of a silicon wafer. The pressure chamber structure 120 with the cover tape attached is turned upside down to form a plurality of pressure chambers 121 in the pressure chamber structure 120 as shown in FIG. The pressure chamber 121 is formed by patterning. By forming the pressure chamber 121, the region in contact with the pressure chamber 121 in the SiO 2 film 120 a becomes the vibration plate 101 and the region in contact with the pressure chamber structure 120 becomes the insulating film 102 on the substrate.

図3A,3Bは、第1の実施形態の絶縁性の保護膜110が形成されたインクジェットヘッド21を示す断面図である。シリコン基板専用のDeep−RIEと呼ばれる垂直深堀ドライエッチング(例えば、国際公開第2003/030239号参照)を行い、圧力室構造体120をエッチングし、圧力室121を形成する。このとき、シリコンウエハである圧力室構造体120の裏面上に所望のパターンを形成したレジストマスクを作り、これにより、前記圧力室121が所望のパターンに形成される。レジストマスクは、感光性レジストの塗布、プリベーク、所望のパターンが形成されたマスクを用いた露光、現像、およびポストベークによって形成される。   3A and 3B are cross-sectional views showing the inkjet head 21 on which the insulating protective film 110 according to the first embodiment is formed. A vertical deep dry etching called Deep-RIE dedicated to a silicon substrate (for example, see International Publication No. 2003/030239) is performed to etch the pressure chamber structure 120 to form the pressure chamber 121. At this time, a resist mask in which a desired pattern is formed on the back surface of the pressure chamber structure 120, which is a silicon wafer, is formed, whereby the pressure chamber 121 is formed in the desired pattern. The resist mask is formed by application of a photosensitive resist, pre-baking, exposure using a mask on which a desired pattern is formed, development, and post-baking.

上記エッチングに用いられるSF6ガスは、振動板101のSiOや保護膜110のポリイミドに対してはエッチング作用を及ぼさない。そのため、圧力室121を形成する前記シリコンウエハのドライエッチングの進行は、振動板101のSiO膜120aで止まる。言い換えると、振動板101のSiO膜120aは、上記エッチングのストップ層として機能する。 The SF6 gas used for the etching does not exert an etching action on the SiO 2 of the vibration plate 101 and the polyimide of the protective film 110. Therefore, the progress of dry etching of the silicon wafer forming the pressure chamber 121 stops at the SiO 2 film 120 a of the vibration plate 101. In other words, the SiO 2 film 120a of the vibration plate 101 functions as a stop layer for the etching.

なお、上述のエッチングは、薬液を用いるウェットエッチング法、プラズマを用いるドライエッチング法のような、種々の方法を用いて良い。さらに、材料によってエッチング方法やエッチング条件を変えて良い。   Note that for the above-described etching, various methods such as a wet etching method using a chemical solution and a dry etching method using plasma may be used. Further, the etching method and etching conditions may be changed depending on the material.

以上のように、SiO膜120aの振動板101上に駆動素子113およびノズル109を形成する工程から、圧力室構造体120に圧力室121を形成する工程までが、成膜技術、フォトリソグラフィエッチング技術、およびスピンコーティング法によって行われる。このため、ノズル109、駆動素子113、および圧力室121が、一つのシリコンウエハに精密かつ簡便に形成される。 As described above, from the process of forming the drive element 113 and the nozzle 109 on the vibration plate 101 of the SiO 2 film 120a to the process of forming the pressure chamber 121 in the pressure chamber structure 120, the film forming technique, photolithography etching is performed. Technology, and by spin coating. For this reason, the nozzle 109, the drive element 113, and the pressure chamber 121 are precisely and easily formed on one silicon wafer.

次に、下部電極103の外部接続端子部と、上部電極105の外部接続端子部とを覆うように、カバーテープを保護膜110の一部に貼り付ける。当該カバーテープは樹脂によって形成され、保護膜110から容易に脱着可能である。前記カバーテープは、下部電極103の外部接続端子部と、上部電極105の外部接続端子部に、ゴミが付着することを防止する。   Next, a cover tape is attached to a part of the protective film 110 so as to cover the external connection terminal portion of the lower electrode 103 and the external connection terminal portion of the upper electrode 105. The cover tape is made of resin and can be easily detached from the protective film 110. The cover tape prevents dust from adhering to the external connection terminal portion of the lower electrode 103 and the external connection terminal portion of the upper electrode 105.

次に、前記シリコンウエハを分割して、複数のインクジェットヘッド21を形成する。インクジェットヘッド21は、インクジェットプリンタ1の内部に搭載される。下部電極103の外部接続端子部および、上部電極の外部接続端子部に、例えばフレキシブルケーブルを介して制御部が接続される。   Next, the silicon wafer is divided to form a plurality of inkjet heads 21. The inkjet head 21 is mounted inside the inkjet printer 1. A control unit is connected to the external connection terminal portion of the lower electrode 103 and the external connection terminal portion of the upper electrode via, for example, a flexible cable.

次に、圧力室構造体120の裏面に、インク流路構造体400を接着する。すなわち、インク流路構造体400を、エポキシ系接着剤で接着する。さらに、インク流路構造体400のインク供給口およびインク排出口が、例えばチューブを介して図示しないインクタンクに接続される。   Next, the ink flow path structure 400 is bonded to the back surface of the pressure chamber structure 120. That is, the ink flow path structure 400 is bonded with an epoxy adhesive. Furthermore, the ink supply port and the ink discharge port of the ink flow path structure 400 are connected to an ink tank (not shown) via a tube, for example.

上記のように、本実施形態では、圧力室構造体120の上にノズルプレート100を作成する。しかし、ノズルプレート100を圧力室構造体120の上に作成する代わりに、圧力室構造体120の一部を、振動板101としても良い。例えば、圧力室構造体120の一方の面に駆動素子113を形成し、他方の面側から圧力室121に相当する穴を形成する。当該穴は、圧力室構造体120を貫通しない。圧力室構造体120の一方の面側には薄い層が残り、この部分が振動板101として動作する。   As described above, in this embodiment, the nozzle plate 100 is formed on the pressure chamber structure 120. However, instead of creating the nozzle plate 100 on the pressure chamber structure 120, a part of the pressure chamber structure 120 may be the diaphragm 101. For example, the driving element 113 is formed on one surface of the pressure chamber structure 120, and a hole corresponding to the pressure chamber 121 is formed from the other surface side. The hole does not penetrate the pressure chamber structure 120. A thin layer remains on one surface side of the pressure chamber structure 120, and this portion operates as the vibration plate 101.

第1の実施形態のインクジェットヘッド21によれば、配線間絶縁膜106のコンタクトホール107が圧力室構造体120の圧力室121の存在する領域から離れた位置に形成されている。これにより、圧力室121が形成されていない高剛性の部分である圧力室構造体120の中実部分に上部電極105と引出電極108との接続部を配置できる。ここで、圧力室121の周壁部を構成する圧力室構造体120の中実部分は、駆動素子113の駆動時にほとんど変位しない領域となるので、例えば、上部電極105と引出電極108との接続部を駆動素子113を挟んで圧力室構造体120の中実部分と対向した領域に設けることで、信頼性低下を引き起こす繰返し応力を軽減することができる。そのため、各駆動素子113の駆動時に各駆動素子113を駆動させた際の繰返し応力が、上部電極105と引出電極108との接続部にかかり難くすることができる。したがって、上部電極105と引出電極108との接続部に発生するクラックの抑制、クラックからの絶縁破壊の抑制、さらに上部電極105と引出電極108との接続部での接触不良を抑制することができる。この結果、インクジェットヘッド21の長期信頼性を確保することが可能となる。   According to the inkjet head 21 of the first embodiment, the contact hole 107 of the inter-wiring insulating film 106 is formed at a position away from the region where the pressure chamber 121 of the pressure chamber structure 120 exists. Thereby, the connection part of the upper electrode 105 and the extraction electrode 108 can be arrange | positioned in the solid part of the pressure chamber structure 120 which is a highly rigid part in which the pressure chamber 121 is not formed. Here, since the solid portion of the pressure chamber structure 120 that constitutes the peripheral wall portion of the pressure chamber 121 is a region that is hardly displaced when the drive element 113 is driven, for example, a connection portion between the upper electrode 105 and the extraction electrode 108 Is provided in a region facing the solid portion of the pressure chamber structure 120 with the drive element 113 interposed therebetween, so that repeated stress that causes a decrease in reliability can be reduced. Therefore, it is possible to make it difficult for the repeated stress when driving each driving element 113 to drive each driving element 113 to be applied to the connection portion between the upper electrode 105 and the extraction electrode 108. Therefore, it is possible to suppress cracks generated at the connection portion between the upper electrode 105 and the extraction electrode 108, suppress dielectric breakdown from the crack, and further suppress contact failure at the connection portion between the upper electrode 105 and the extraction electrode 108. . As a result, long-term reliability of the inkjet head 21 can be ensured.

続いて、図8を参照して、第2の実施の形態について説明する。第2の実施形態のインクジェットヘッド21は、圧力室構造体120の板材の表面側の第1の面(図8中で上面)120bに駆動素子113を配置し、この圧力室構造体120の板材の裏面側の第2の面(図8中で下面)120cにノズル109を配置している。さらに、駆動素子113に設けられた上部電極105と引出電極108とをつなぐコンタクトホール107は、第1の実施形態と同様に、圧力室構造体120の板材における圧力室121が形成されていない高剛性の部分である圧力室構造体120の中実部分に配置されている。   Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. In the ink jet head 21 of the second embodiment, the drive element 113 is disposed on the first surface (upper surface in FIG. 8) 120b on the surface side of the plate material of the pressure chamber structure 120, and the plate material of the pressure chamber structure 120 The nozzle 109 is arranged on the second surface (the lower surface in FIG. 8) 120c on the back surface side. Furthermore, the contact hole 107 connecting the upper electrode 105 and the extraction electrode 108 provided in the driving element 113 is a high hole in which the pressure chamber 121 in the plate member of the pressure chamber structure 120 is not formed, as in the first embodiment. The pressure chamber structure 120 which is a rigid portion is disposed in a solid portion.

これにより、圧力室構造体120の板材の圧力室121が形成されていない高剛性の部分である圧力室構造体120の中実部分に上部電極105と引出電極108との接続部を配置できる。そのため、本実施形態でも第1の実施形態と同様に、上部電極105と引出電極108との接続部を駆動素子113を挟んで圧力室構造体120の中実部分と対向した領域に設けることで、上部電極105と引出電極108との接続部に繰返し応力がかかり難い構造となっている。したがって、上部電極105と引出電極108との接続部に発生するクラックの抑制、クラックからの絶縁破壊の抑制、さらに上部電極105と引出電極108との接続部での接触不良を抑制することができる。この結果、インクジェットヘッド21の長期信頼性を確保することが可能となる。   Thereby, the connection part of the upper electrode 105 and the extraction electrode 108 can be arrange | positioned in the solid part of the pressure chamber structure 120 which is a highly rigid part in which the pressure chamber 121 of the board | plate material of the pressure chamber structure 120 is not formed. Therefore, in this embodiment as well, as in the first embodiment, the connection portion between the upper electrode 105 and the extraction electrode 108 is provided in a region facing the solid portion of the pressure chamber structure 120 with the drive element 113 interposed therebetween. The connection portion between the upper electrode 105 and the extraction electrode 108 has a structure in which repeated stress is not easily applied. Therefore, it is possible to suppress cracks generated at the connection portion between the upper electrode 105 and the extraction electrode 108, suppress dielectric breakdown from the crack, and further suppress contact failure at the connection portion between the upper electrode 105 and the extraction electrode 108. . As a result, long-term reliability of the inkjet head 21 can be ensured.

これらの実施形態によれば、駆動素子の繰返し応力によるクラックを抑制でき、各駆動素子の信頼性を向上することができるインクジェットヘッド、インクジェット記録装置、およびインクジェットヘッドの製造方法を提供することができる。   According to these embodiments, it is possible to provide an ink jet head, an ink jet recording apparatus, and a method for manufacturing the ink jet head that can suppress cracks due to repeated stress of the drive element and can improve the reliability of each drive element. .

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

1…インクジェットプリンタ、10…筐体、11…給紙カセット、12…排紙トレイ、13…保持ローラ、14…搬送装置、15…保持装置、16…画像形成装置、17…除電剥離装置、18…反転装置、19…クリーニング装置、19a…クリーニング部材、21…インクジェットヘッド、100…ノズルプレート、101…振動板、101a…第1の面、101b…第2の面、102…基板上絶縁膜、102a…第1の面、102b…第2の面、103…下部電極、103a…電極部、103b…延伸部、104…圧電膜、105…上部電極、105a…電極部、105b…延伸部、106…配線間絶縁膜、106a…配線間絶縁膜106が無い部分、107…コンタクトホール、108…引出電極、109…ノズル、110…保護膜、111…撥インク膜、113…駆動素子、120…圧力室構造体、120a…SiO2膜、120b…第1の面、120c…第2の面、121…圧力室、400…インク流路構造体、401…インク流路。     DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Inkjet printer, 10 ... Housing | casing, 11 ... Paper feed cassette, 12 ... Paper discharge tray, 13 ... Holding roller, 14 ... Conveying device, 15 ... Holding device, 16 ... Image forming device, 17 ... Static elimination peeling device, 18 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Reverse device, 19 ... Cleaning device, 19a ... Cleaning member, 21 ... Inkjet head, 100 ... Nozzle plate, 101 ... Vibration plate, 101a ... First surface, 101b ... Second surface, 102 ... Insulating film on substrate, 102a ... first surface, 102b ... second surface, 103 ... lower electrode, 103a ... electrode portion, 103b ... extension portion, 104 ... piezoelectric film, 105 ... upper electrode, 105a ... electrode portion, 105b ... extension portion, 106 ... Inter-wiring insulating film, 106a ... Part without the inter-wiring insulating film 106, 107 ... Contact hole, 108 ... Lead electrode, 109 ... Nozzle, 110 ... Protective film, DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Ink repellent film, 113 ... Drive element, 120 ... Pressure chamber structure, 120a ... SiO2 film, 120b ... 1st surface, 120c ... 2nd surface, 121 ... Pressure chamber, 400 ... Ink channel structure 401: Ink flow path.

Claims (5)

インクを収容する圧力室を有する基材と、
前記圧力室を塞ぐ第1の面と、前記第1の面の反対側にある第2の面と、を有する振動板と、
前記振動板の前記第2の面にあって、電圧が印加されたときに前記振動板を変形させることで前記圧力室の容積を変化させ、インクをノズルから吐出させる駆動素子とを具備し、
前記駆動素子は、
前記振動板の前記第2の面にある第1の電極と、
前記第1の電極に対向する第2の電極と、
前記第1の電極と前記第2の電極との間に介在する圧電体と、を有し、
前記振動板の前記第2の面と、前記駆動素子と、を覆う配線間絶縁膜と、
前記配線間絶縁膜の上にある引出電極とをさらに具備し、
前記配線間絶縁膜は、前記第2の電極の一部を露出させ、前記第2の電極と前記引出電極とを接続させるコンタクト部を有し、
前記コンタクト部は、前記基材における前記圧力室の周壁の中実部と対応する位置に配置したことを特徴とするインクジェットヘッド。
A substrate having a pressure chamber for containing ink;
A diaphragm having a first surface that closes the pressure chamber, and a second surface opposite to the first surface;
A driving element that is on the second surface of the vibration plate, changes the volume of the pressure chamber by deforming the vibration plate when a voltage is applied, and discharges ink from the nozzle;
The drive element is
A first electrode on the second surface of the diaphragm;
A second electrode facing the first electrode;
A piezoelectric body interposed between the first electrode and the second electrode,
An inter-wiring insulating film covering the second surface of the diaphragm and the drive element;
And further comprising an extraction electrode on the inter-wiring insulating film,
The inter-wiring insulating film has a contact portion that exposes a part of the second electrode and connects the second electrode and the extraction electrode;
The ink jet head according to claim 1, wherein the contact portion is disposed at a position corresponding to a solid portion of the peripheral wall of the pressure chamber in the base material.
前記駆動素子は、前記圧力室の周壁の外周よりも内側に形成され、
前記第2の電極は、前記圧力室の周壁の外周よりも外側に延伸される延伸部を有し、
前記コンタクト部は、前記第2の電極の前記延伸部と対応する位置に配置されている
ことを特徴とする請求項1に記載のインクジェットヘッド。
The drive element is formed inside the outer periphery of the peripheral wall of the pressure chamber,
The second electrode has an extending portion that extends outward from the outer periphery of the peripheral wall of the pressure chamber,
The inkjet head according to claim 1, wherein the contact portion is disposed at a position corresponding to the extending portion of the second electrode.
前記基材は、貫通孔によって前記圧力室が形成され、
前記中実部は、前記圧力室の周壁部分によって形成され、
前記第2の電極の前記延伸部は、前記中実部に形成されている
ことを特徴とする請求項2に記載のインクジェットヘッド。
The base material has the pressure chamber formed by a through-hole,
The solid portion is formed by a peripheral wall portion of the pressure chamber,
The inkjet head according to claim 2, wherein the extending portion of the second electrode is formed in the solid portion.
前記駆動素子は、前記基材の板材の表面側の第1の面に配置し、
前記ノズルは、前記基材の板材の裏面側の第2の面に配し、
前記駆動素子に設けられた前記第2の電極と前記引出電極とを接続させるコンタクト部は、前記基材における前記圧力室の周壁の中実部と対応する位置に配置したことを特徴とする請求項1に記載のインクジェットヘッド。
The drive element is disposed on the first surface on the surface side of the plate material of the base material,
The nozzle is disposed on the second surface of the back surface of the base material plate,
The contact portion that connects the second electrode and the extraction electrode provided in the driving element is disposed at a position corresponding to a solid portion of the peripheral wall of the pressure chamber in the base material. Item 10. The inkjet head according to Item 1.
請求項1乃至4のいずれかに記載のインクジェットヘッドを有するインクジェット記録装置。   An ink jet recording apparatus comprising the ink jet head according to claim 1.
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